煤化工行业的DCS集散系统开发和PLC系统开发

概述

高温炼焦的主要产品是焦碳，主要用于高炉冶炼、铸造、有色金属加工、制造水煤气和制造电石等。

化学品回收的产品有：焦油、氨、萘、粗苯、硫化氢、氰化氢和净焦炉煤气等。其中的煤焦油和粗苯经过精制和深度加工后可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳、三甲苯、古马隆、酚、萘、蒽、呲啶盐等，这些产品广泛应用于化学工业、医药工业、耐火材料和国防工业等。净焦炉煤气主要用于民用和工业原料。

采用先进控制技术提升煤化工行业的自动化水平，这对于提高煤炭加工的效率，缓解煤炭加工与环境保护之间的矛盾，促进煤炭加工业健康持续的发展有着现实和深远的意义。

典型的焦化厂一般有备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间等。

工艺描述

原煤一般含有较高的灰粉和硫分，洗选加工的目的是降低煤的灰分，使混杂在煤中的矸石、煤矸共生的夹矸煤与煤炭按照其相对密度、外形及物理性状方面的差异加以分离，同时，降低原煤中的无机硫含量，以满足不同用户对煤炭质量的指标要求。

由于洗煤厂动力设备繁多，控制过程复杂，用分散型控制系统DCS改造传统洗煤工艺，这对于提高洗煤过程的自动化，减轻工人的劳动强度，提高产品产量和质量以及安全生产都具有重要意义。

联锁/解锁方案：在运行解锁状态下，允许对每台设备进行单独启动或停止；当设置为联锁状态时，按下启动按纽，设备顺序启动，后一设备的启动以前一设备的启动为条件（设备间的延时启动时间可设置），如果前一设备未启动成功，后一设备不能启动，按停止键，则设备顺序停止，在运行过程中，如果其中一台设备故障停止，例如设备2停止，则系统会把设备3和设备4停止，但设备1保持运行。

焦炉与冷鼓

工艺描述

以100万吨/年-144孔-双炉-4集气管-1个大回流炼焦装置为例.

控制方案

多年来，湖南良源自动化(DCS系统集成商\PLC系统开发集成商，黄经理)的工程师们一直致力于该系统的开发，不断的优化改进，如下是典型的解决方案，实际会根据不同的项目做不同的优化控制方案：

典型的炼焦过程可分为焦炉和冷鼓两个工段。这两个工段既有分工又相互联系，两者在地理位置上也距离较远，为了避免仪表的长距离走线，设置一个冷鼓远程站及给水远程站，以使仪表线能现场就近进入DCS控制柜，更重要的是，在集气管压力调节中，两个站之间有着重要的联锁及其排队关系，这样的网络结构形式便于可以实现复杂的控制算法。

控制系统网络结构

集气管“4+1”优化控制方案

图中P1至P4是集气压力值，是本系统控制之重点，P是集气管压力之平均值，它反映了集气管的一般工作状态，在“4+1”控制中（“4”代表四个集气管，“1”代表选择大回流调节阀RB还是液力偶合器EF控制，两者必选其一），时间分配器根据集气管压力的变化：偏差和偏差变化率，根据液偶调速慢的特点，适当地分配大回流与液偶的调节量。由于液偶调速电机处于工艺主管路，因此，调节它非常敏感，而且工艺上不允许长时间频繁地调节液力偶合器，因此，在时间分配上，它所占的调节量较小，并且通过限幅输出，把主要时间分配在四个集气管和大回流的联合控制上，以确保系统的稳定。

集气管压力变化的特点是：瞬态变化大，调节时互相产生耦合，本控制算法设计有一个解耦算法，可减少或消除耦合，以保证各个单回路系统能独立地工作，该控制算法采用经典控制理论与离散控制理论相结合的方法，经典控制方法在动态响应及消除静差方面具有优越性，离散控制则使经典控制法适时地“有效”或“禁止”。

联锁方案

报警、联锁和停车系统是为提高工艺生产装置的安全性而设置的特殊程序，本控制系统将联锁控制分为三个部分：

冷鼓工段联锁控制、鼓风机联锁控制、鼓风机油泵联锁控制

控制效果分析

影响集气管压力的因素是多样的，诸如装煤、平煤、推焦和交换机换向等，当这些因素暂时不存在时，焦炉工艺系统较为稳定。当工艺系统处于装煤、平煤、推煤或换向机换向等情况中的一种或几种时，系统会出现波动期，控制曲线呈现脉冲状，这是因为控制系统在迅速响应，将其压力往给定值方向上调整，经过数次调节，系统再次进入稳定期，周而复始。

从控制效果图中可以看到，带变频的控制效果要优于带大回流调节阀的情况，原因是显而易见的，在变频器控制下的电机调节动态性能要好于调节阀，然而，Zui新设计的百万吨级的冷鼓系统都采用了通过液力偶合器进行调速的鼓风机，其调速性能则慢得多，而且工艺上并不允许对此进行频繁调节，因此，采用大回流调节阀参与集气管压力调节则是目前的一种合理选择。在目前这两种控制结构下，其稳定期的控制偏差范围是±20Pa；波动期的偏差控制范围是±50Pa。

脱硫、硫回收、硫氨及洗苯脱苯.

工艺概述：

回收主要包括硫铵、脱硫及硫回收、洗苯脱苯工段。

硫铵的工艺流程是将剩余氨水通过预热、分离，反应生成液体硫铵，硫铵液经结晶、干燥后包装。

脱硫及硫回收的工艺流程是脱硫液和溶液在脱硫塔中进行反应将硫分离出来，然后溶液进入再生塔再生。

洗苯脱苯的工艺流程是贫富油经洗苯塔清洗后进入脱苯塔，利用温度的不同产生轻苯油水和重苯油水，经油水分离器进行分离。

脱硫及硫回收工段主要有三个控制回路：进脱硫塔B溶液流量调节、进再生塔溶液流量调节和进再生塔B空气流量调节，采用常规的PID控制。

洗苯脱苯工段主要有两个控制回路和一个联锁控制：出管式炉富油温度调节和脱苯塔出口油汽温度调节。

联锁控制是当入管式加热炉的煤气压力小于2.0kPa的时候，切断入管式炉的煤气，等到其煤气压力高于2.0kPa的时候，再打开入管式炉的煤气。

这里采用内环为出管式炉过热蒸气流量的串级调节，以减少蒸汽压力波动的干扰。

脱苯塔出口油气温度调节采用内环为出管式炉过热蒸气流量的串级调节，以减少蒸汽压力波动的干扰。

另外实际生产过程中，蒸汽压力会有可能大于脱苯塔可承受的Zui大压力，为保护塔体，在串级调节中增加一个切换，当塔内压力大于某一值的时候，改为以塔压作为调节对象。

蒸氨

工艺概述

蒸氨工段主要完成对来自于炼焦配合煤中的剩余氨水进行蒸馏的过程。

控制方案

XC：为选择控制，用于控制蒸氨塔温度压力，其选择变量是蒸氨塔塔顶温度T和蒸汽压力P，在合适的压力范围内，以温度调节为主，否则就切换到压力调节上，以确保塔的安全。

PC1和PC2：为分程调节，其判定变量为蒸氨塔顶部逸出的混合气体的压力，在压力区间P1（低）的情况下，混合气体被送往氨分解炉，在压力区间P2（高）的情况下，混合气体则直接用于尾气吸收。

FC1和FC2，空气流量与煤气流量的比值控制，在氨分解炉中，为了使氨分解过程正常进行，要保持空气流量和煤气流量的合适比值，以保证燃烧过程的经济性和安全性。

粗苯精制

工艺概述

粗苯是由多种有机物组成的复杂混合物，主要成分是苯及其同系物甲苯、二甲苯及三甲苯等。粗苯精制过程就是通过化学的方法将粗苯中的不饱和化合物、硫化物等除去，然后用蒸馏方法将苯类产品分离出来的过程。

在连续式粗苯精制过程中，比较常见的工艺是五塔蒸馏方式.